最近，英國John Innes中心的科學家們，對于理解“植物如何開始開花”邁出了關(guān)鍵的一步。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《Science》雜志。

這一新的研究揭示了春化過程中一個以前未知的步驟，將一個負責開花時間的重要基因，與調(diào)節(jié)它的蛋白質(zhì)聯(lián)系起來。這一新發(fā)現(xiàn)可能有助于開發(fā)新的品種，以在不斷變化的氣候下，生產(chǎn)我們需要的食物。

幾十年的研究已經(jīng)深入理解了“春化”的過程，植物如何感知低溫的時期，并“記憶”這一信息以控制開花時間。它可確保植物在破壞性的冬季避免開花，而在溫暖的春季和夏季開花，這時它們有足夠的時間和陽光來產(chǎn)生種子。因此，了解春化現(xiàn)象，對于商業(yè)作物（如油菜、花椰菜以及其他許多作物）的成功至關(guān)重要。

這一重要的過程依賴于植物“記住”在低溫條件下度過了多長時間，通過逐漸修改植物細胞中發(fā)現(xiàn)的一個特定基因。

先前的研究已經(jīng)表明，開花是由一個叫做FLOWERING LOCUS C（FLC）的基因抑制。在寒冷的溫度條件下，包裹在該基因周圍的蛋白質(zhì)被逐步修改，這個基因的表達關(guān)閉，最終讓植物能夠從發(fā)育的“生長”階段切換到“開花”階段。

雖然有研究已經(jīng)確定了參與FLC基因關(guān)閉的調(diào)節(jié)因子，但是還沒有研究設(shè)法弄清“這些調(diào)節(jié)因子是如何正確識別自己靶標的”。

在這項新的工作中，John Innes中心的Caroline Dean教授帶領(lǐng)的一個研究小組，讓遺傳學為他們帶路。他們研究了一個變異的植物種群，發(fā)現(xiàn)了一個不能正確應對寒冷的個體。然后他們找到了這個突變在個體中發(fā)生的位置，并發(fā)現(xiàn)它是FLC基因內(nèi)一個單堿基對的變化。

進一步的實驗成功確定了蛋白質(zhì)VAL1是如何識別FLC基因內(nèi)的DNA序列。在未能正確響應寒冷的植物中，該突變可防止這種識別，所以FLC不能被關(guān)閉。

Caroline Dean教授說，“這個令人興奮的新發(fā)現(xiàn)，首次讓我們看到，一個細胞中的調(diào)節(jié)因子如何確定哪些靶基因被關(guān)閉。在FLC上一個特定的序列被識別，并且沒有這個序列，FLC就不會被抑制，植物將不再開花。”

這項研究還在幾種近緣蕓薹屬植物中，調(diào)查了FLC基因中VAL1的結(jié)合部位，并發(fā)現(xiàn)它是保守的，從而表明這類調(diào)控對于花期控制來說，在進化上一直都是保守的。

關(guān)于植物開花，科學家們相繼進行了許多研究。2013年12月，來自中國農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所的研究人員，在新型禾本科模式植物：二穗短柄草(Brachypodium distachyon)中證實植物開花基因FLOWERING LOCUS T（FT）受到一種叫做miR2032的早熟禾亞科(Pooideae)特異性microRNA的調(diào)控。這一研究發(fā)現(xiàn)發(fā)表在植物學權(quán)威期刊The Plant Cell雜志上。

2014年10月，中國科學院華南植物園侯興亮研究員通過與新加坡國立大學Yu Hao教授等的合作研究，發(fā)現(xiàn)擬南芥NF-Y核因子復合物通過整合發(fā)育和環(huán)境信號，從表觀遺傳層面上調(diào)控開花時間。NF-Y是在真核生物中廣泛存在的一類轉(zhuǎn)錄因子，由三個不同的亞基組成，其與真核生物啟動子區(qū)域的CCAAT框相結(jié)合，并通過與調(diào)控因子相互作用來調(diào)控下游基因表達。相關(guān)閱讀：華南植物園揭示NF-Y核因子調(diào)控植物開花的分子機制。

在小麥遺傳學的這場游戲上，加州大學戴維斯分校的Jorge Dubcovsky實驗室贏得了一個大滿貫。他們在十幾年內(nèi)第四次發(fā)現(xiàn)控制小麥春化的基因。這項成果于2015年8月底發(fā)表在《美國科學院學報》（PNAS）上。